KR20090132702A - 자동 라미네이터 시스템 및 이를 이용한 태양전지 모듈라미네이팅 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 모듈을 제조하는 라미네이팅 장치에 있어서, 평평한 상부면을 구비한 지지부, 상기 지지부에 부착된 겐트리부, 상기 지지부의 측면에 배치되는 충진재 공급부, 태양전지 공급부 및 유리판 공급부로 구성된 적재부; 상기 적재부의 지지부와 이송수단으로 연계되며, 라미네이터와 진공펌프로 구성된 라미네이팅부; 상기 라미네이팅부의 라미네이터와 이송수단으로 연계되며, 평평한 상부면을 구비한 지지부, 상기 지지부에 부착된 겐트리부 및 태양전지 모듈 수용부로 구성된 하역부; 및 상기 적재부, 상기 라미네이팅부 및 상기 하역부의 구동 및 상기 라미네이터 내부의 온도를 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동 라미네이터 시스템 및 이를 이용한 태양전지 모듈 라미네이팅 방법에 관한 것으로서, 각 제조공정단계가 하나의 자동 라미네이터 시스템내에서 간단한 제어동작에 의해 수행되므로 태양전지 모듈의 제조시간이 경감되어 태양전지 모듈의 양산성이 높아지는 효과가 있으며, 또한 각 제조공정간의 태양전지 모듈의 이동거리가 현저하게 감소되어 모듈이 가공중에 깨지거나 불순물이 묻을 염려가 없다.
적재부, 라미네이팅부, 하역부, 지지부, 겐트리부, 아암, 흡착판
Description
본 발명은 자동 라미네이터 시스템 및 이를 이용한 태양전지 모듈 라미네이팅 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양전지 모듈을 제조하기 위해서 강화유리, EVA 필름, 태양전지, 및/또는 백시트를 자동으로 공급하여 적층하며, 연속하여 라미네이팅 작업을 수행하고 이후 완료된 태양전지 모듈을 하역하고 적재하는 과정을 자동으로 인라인(in-line)으로 할 수 있는 자동 라미네이터 시스템 및 이를 이용한 태양전지 모듈 라미네이팅 방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양전지 모듈이란 다수개의 태양전지를 직, 병렬로 연결하고 외부환경으로부터 보호하기 위하여 충진재(EVA), 유리등을 적층(lay-up)하여 압축한 것으로서, 이것은 대략 0.6V의 전압과 3A 이상의 전류를 생성하는 한 개의 태양전지로부터 실생활에 상용될 수 있는 적절한 전압과 전류를 생성하기 위한 것이다.
태양전지 모듈 구조는 일반적인 결정질 실리콘 태양전지 모듈 구조와 박막 태양전지 모듈 구조로 대별되는 바, 결정질 실리콘 태양전지 모듈은 다수개의 태양전지를 접속리본으로 연결하여 충진재와 유리기판, 백시트 등을 적층 압축시켜 제 조하며, 박막 태양전지 모듈은 태양전지 자체가 모듈형태로 제조되므로 충진재와 유리기판으로 된 보호막만을 적층 압축시켜 제조한다.
이와 같이 태양전지 모듈을 제조하기 위해서, 종래에는 별개의 공정으로 태양전지 모듈 구성부품들을 레이업하여 적층된 태양전지 모듈을 별도로 준비하고, 그런 다음 이것을 일정길이의 컨베이어 벨트 위에 배치하고 벨트를 구동시켜 라미네이터까지 이송 및 적절한 위치에 로딩하여 라미네이팅 공정을 별도로 실시하고, 마지막으로 라미네이팅이 완료된 태양전지 모듈을 일정길이의 컨베이어 벨트 위에 배치하고 벨트를 구동시켜 별도의 하역부로 이송하는 공정이 필요하였다.
이와 같은 종래 기술에 의한 태양전지 모듈의 제조는 각 제조공정단계가 별개로 준비된 장치들에 의해 수행되기 때문에, 모듈의 제조시간이 많이 소요되어 태양전지 모듈의 양산성이 떨어지는 문제가 있다.
또한, 각 제조공정상에서 적층된 태양전지 모듈 부품들이 이동되는 과정중에 흐트러질 염려가 있고 또한, 단계별로 모듈의 이동으로 인하여 모듈이 가공중에 깨질 수 있는 문제가 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 태양전지 모듈을 제조하기 위해서 태양전지 모듈 부품들인 강화유리, EVA 필름, 태양전지, 및/또는 백시트를 자동으로 공급하여 적층하며, 연속하여 라미네이팅 작업을 수행하고 이후 완료된 태양전지 모듈을 하역하고 적재하는 과정을 인라인(in-line)으로 자동으로 할 수 있는 자동 라미네이터 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 자동 라미네이터 시스템은
태양전지 모듈을 제조하는 라미네이팅 장치에 있어서,
평평한 상부면을 구비한 지지부, 상기 지지부에 부착된 겐트리부, 상기 지지부의 측면에 배치되는 충진재 공급부, 태양전지 공급부 및 유리판 공급부로 구성된 적재부;
상기 적재부의 지지부와 이송수단으로 연계되며, 라미네이터와 진공펌프로 구성된 라미네이팅부;
상기 라미네이팅부의 라미네이터와 이송수단으로 연계되며, 평평한 상부면을 구비한 지지부, 상기 지지부에 부착된 겐트리부 및 태양전지 모듈 수용부로 구성된 하역부; 및
상기 적재부, 상기 라미네이팅부 및 상기 하역부의 구동 및 상기 라미네이터 내부의 온도를 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 적재부의
상기 지지부는 평평한 상부면을 구비한 몸체로서, 상부면에 다수개의 그리퍼가 구비되며,
상기 겐트리부는 상기 지지부 상부면과 이격되게 상기 지지부의 양 측면에 고정결합되는 수평빔과 한 쌍의 지지대, 및 아암으로 구성되고, 상기 아암은 상기 수평빔과 직각이 되도록 배치된 막대형상으로, 상기 겐트리부 상부에 상기 수평빔의 길이방향으로 이동가능하도록 결합하며, 상기 아암의 중간 일정위치에는 커터가 형성되고 전단측에는 흡착판이 결합되며,
상기 충진재 공급부는 충진재가 롤 형태로 권취된 롤러로서 상기 지지부의 일측면에 배치되며, 상기 충진재의 일측 단부는 상기 지지부의 상부면과 상기 겐트리부의 수평빔 사이 공간을 통과해 상기 지지부 상부면 일정위치에서 상기 그리퍼에 의해 지지되며,
상기 태양전지 공급부와 상기 유리판 공급부는 각각 다수개의 체인벨트가 서로 대응되게 쌍을 이루어 내부에 다수개의 태양전지 또는 유리판을 상하로 이격되게 적층 수용할 수 있도록 공간영역이 형성된 구조로서, 상기 지지부의 양측면에 각각 배치되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 지지부 상부면 일정위치에 배치된 상기 충진재는 상기 아암에 구비된 커터에 의해 일정크기로 컷팅되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 태양전지 공급부와 상기 유리판 공급부의 다수개의 체인벨트 각각은 상하로 이격되게 배치된 회동축의 구동에 의해 회동하며, 한 쌍의 체인벨트의 서로 대응하는 체인벨트가 반시계방향-시계방향으로 회동함으로써 상기 태양전지 또는 상기 유리판을 상부로 이동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적재부는 백 시트 공급부를 더 포함하며,
상기 백시트 공급부는 백시트가 롤 형태로 권취된 롤러로서, 상기 충진재 공급부의 롤러 하부에 위치하며, 상기 백시트의 일측 단부는 상기 지지부의 상부면과 상기 겐트리부의 수평빔 사이 공간을 통과해 상기 지지부 상부면 일정위치에서 상기 그리퍼에 의해 지지되고, 상기 지지부 상부면 일정위치에 배치된 상기 백시트는 상기 아암에 구비된 커터에 의해 일정크기로 컷팅되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 라미네이팅부의
상기 라미네이터는 상부 중앙에 진공/공기구멍이 형성되고 상기 진공/공기구멍에 연통되는 제1 진공/압력포트를 구비한 상부커버, 상기 상부커버 내측 테두리에 부착결합된 고무격판, 하부 일측에 진공구멍이 형성되고 상기 진공구멍에 연통되는 제2 진공포트를 구비하며 내부 저면에는 히터 플래툰이 구비된 하부챔버로 구성되며,
상기 진공펌프는 상기 제1 진공/압력포트 및 상기 제2 진공포트에 연결되어 라미네이터 내부 공기를 흡입하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 라미네이팅부는
상기 라미네이터 상부커버의 상기 제1 진공/압력포트를 통해 압축공기를 공급하는 콤프레서를 더 포함하여, 상기 하부챔버 내의 라미네이팅 대상물을 일정압력으로 가압하여 융착시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하역부의
상기 지지부는 평평한 상부면을 구비한 몸체로서, 상기 라미네이터와 이송수단으로 연계되며,
상기 겐트리부는 상기 지지부 상부면과 이격되게 상기 지지부의 양 측면에 고정결합되는 수평빔과 한 쌍의 지지대, 및 아암으로 구성되고, 상기 아암은 상기 수평빔과 직각이 되도록 배치된 막대형상으로, 상기 겐트리부 상부에 상기 수평빔의 길이방향으로 이동가능하도록 결합하며, 상기 아암의 전단측에는 흡착판이 결합되고,
상기 태양전지 모듈 수용부는 다수개의 체인벨트가 서로 대응되게 쌍을 이루어 내부에 다수개의 태양전지 모듈을 상하로 이격되게 적층할 수 있도록 공간영역이 형성된 구조로서, 상기 지지부 일측면 또는 양측면에 배치되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 태양전지 모듈 수용부의 다수개의 체인벨트 각각은 상하로 이격되게 배치된 회동축의 구동에 의해 회동하며, 한 쌍의 체인벨트의 서로 대응하는 체인벨트가 시계방향-반시계방향으로 회동함으로써 상기 태양전지 모듈을 하부로 이동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 자동 라미네이터 시스템을 이용하여 태양전지 모듈 제조방법은
자동 라미네이터 시스템내에 태양전지 모듈의 부품인 충진재를 충진재 공급부의 롤러에 권취된 롤 형태로 준비하고, 태양전지와 유리판은 각각 태양전지 공급부와 유리판 공급부의 체인벨트내 수용영역에 낱개형태로 다수개 이격되게 적층시 켜 준비하는 단계(S0);
상기 적재부의 겐트리부에 결합된 아암의 흡착판으로 상기 태양전지 공급부로부터 태양전지를 흡착하여 상기 지지부 상부면 중앙위치에 이동시켜 안착시키고,
상기 충진재 공급부의 롤러를 구동시켜 충진재를 상기 지지부 상부면에 구비된 상기 태양전지 바로 위에 적층한 다음, 그리퍼를 이용하여 지지하고, 상기 겐트리부에 결합된 상기 아암을 수평빔 길이 방향으로 이동시키면서 상기 아암의 커터에 의해 충진재를 컷팅하고,
상기 적재부의 겐트리부에 결합된 아암의 흡착판으로 상기 유리판 공급부로부터 유리판을 흡착하여 상기 지지부 상부면 중앙위치에 구비된 충진재 위에 적층하여 적층된 라미네이팅 대상물을 적재부에 로딩하는 단계(S1);
상기 지지부 상부면에 적층된 라미네이팅 대상물을 이송수단에 의해 라미네이터부로 이송하여 라미네이터 내에서 라미네이팅 하는 단계(S2);
상기 S2단계에서 라미네이팅이 완료되어 생성된 태양전지 모듈을 이송수단에 의해 하역부의 지지부로 이송하여 지지부 상부면 중앙위치에 배치하고,
상기 하역부의 겐트리부에 결합된 아암의 흡착판으로 상기 태양전지 모듈을 흡착하여 상기 지지부 일측에 구비된 태양전지 모듈 수용부의 최상부 수용영역내에 안착하는 단계(S3);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적층된 라미네이팅 대상물을 적재부에 로딩하는 단계(S1)는
상기 태양전지 공급부와 상기 유리판 공급부의 최상부 수용영역내의 태양전지 또는 유리판이 사용되면, 한쌍을 이루는 체인벨트가 반시계방향-시계방향으로 회동하면서 태양전지 또는 유리판을 상부로 이동시키는 단계를 더 포함하며,
상기 태양전지 모듈을 상기 태양전지 모듈 수용부 내에 안착하는 단계(S3)는
상기 태양전지 모듈 수용부 최상부 수용영역내에 상기 태양전지 모듈이 안착되면, 한쌍을 이루는 체인벨트가 시계방향-반시계방향으로 회동하면서 태양전지 모듈을 하부로 이동시키는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 라미네이팅 하는 단계(S2)는
상기 라미네이터부로 이송된 라미네이팅 대상물을 이송수단에 의해 라미네이터의 하부챔버 내부의 히터 플래툰 위에 배열하는 단계;
상기 라미네이터의 상부커버를 닫은 다음, 진공펌프를 작동시켜 상부커버와 고무격판 사이 공간을 진공상태로 만들어 상기 고무격판이 상기 상부커버 내측면에 밀착되도록 하는 단계;,
상기 하부챔버 내부 공간도 상기 진공펌프를 작동시켜 진공상태로 만들어 태양전지 모듈에 발생되는 기포를 제거하는 단계;
상기 하부챔버 내부 공간은 진공상태를 유지한 채, 상기 라미네이터 상부커버의 압력포트를 통해 압축공기를 공급하며, 공급된 압축공기에 의한 상기 고무격판에 작용되는 팽창압력에 의해 상기 라미네이팅 대상물을 일정압력으로 가압시켜 융착시키는 단계;
상기 상부커버와 상기 고무격판 사이 공간의 압축공기를 배출시켜 진공상태로 만들고, 상기 하부챔버 내부에는 에어를 소통시켜 진공상태를 제거함으로써, 고무격판을 원상태로 피드백하는 단계; 및
상기 상부커버와 고무격판 사이 공간에 에어를 소통시켜 진공상태를 제거한 다음, 상기 라미네이터의 하부챔버 내부 및 히터 플래툰의 열을 냉각시키는 수냉작업을 완료한 후 상기 라미네이터의 상부커버를 개방하는 단계;가 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 자동 라미네이터 시스템을 이용하여 태양전지 모듈을 제조함으로써, 각 제조공정단계가 하나의 자동 라미네이터 시스템내에서 간단한 제어동작에 의해 수행되므로 태양전지 모듈의 제조시간이 경감되어 태양전지 모듈의 양산성이 높아지는 효과가 있다.
또한, 각 제조공정단계가 하나의 자동 라미네이터 시스템내에서 수행되므로 각 제조공정간의 태양전지 모듈의 이동거리가 현저하게 감소되어 모듈이 가공중에 깨지거나 불순물이 묻을 염려가 없다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 자동 라미네이터 시스템을 개략적으로 나타낸 도면, 도 2의 (a)~(d)는 본 발명에 따른 자동 라미네이터 시스템의 라미네이팅부에서 태양전지 모듈 공정을 나타내는 도면, 도 3은 본 발명에 따른 자동 라미네이터 시스템을 이용하여 태양전지 모듈 제조 전 공정을 나타내는 순서도, 도 4는 본 발명에 따른 자동 라미네이터 시스템 중 라미네이팅부에서의 태양전지 모듈 제조공정을 나 타내는 순서도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 자동 라미네이터 시스템(10)은 적재부(100), 라미네이팅부(200), 하역부(300) 및 제어부(미도시)로 구성된다.
적재부(100)는 지지부(110), 충진재(EVA) 공급부(120), 태양전지 공급부(130), 유리판 공급부(140), 지지부(110)에 부착된 겐트리(gantry)부(150)를 포함하여 구성된다.
지지부(110)는 평평한 상부면에 다수개의 그리퍼(112)가 구비된 일정높이의 사각형 몸체로서, 상부면 일측 모서리에 상부면과 수직 방향으로 일정간격으로 이격되도록 겐트리부(150)가 고정결합된다.
겐트리부(150)는 수평빔(152)과 한 쌍의 지지대(154), 및 아암(160)으로 구성된 것으로, 수평빔(152)과 한 쌍의 지지대(154)는 다리모양으로 구성되며, 한 쌍의 지지대(154)는 지지부(110) 양 측면에 고정결합된다. 또한, 아암(160)은 수평빔(152)과 직각이 되도록 배치된 일정길이의 막대형상으로, 겐트리부(150) 상부에 수평빔(152)의 길이방향으로 이동가능하도록 결합하며, 아암(160)의 중간 일정위치에는 하방향으로 커터(162)가 형성되고 전단측에는 결합홀(164)이 형성된다.
또한, 상기 결합홀(164)에는 지지봉(168)이 끼움결합되고 지지봉(168) 하단은 일정폭을 가진 흡착판(166)이 상부 중앙에 일체로 수직결합된다.
물론, 아암(160) 전단측에 흡착판 이외에 동일한 역할을 하는 다른 집게수단이 대체될 수 있음은 명백하다.
충진재(EVA) 공급부(120)는 충진재(122)가 롤 형태로 권취된 롤러(125)로서 상기 지지부의 일측면에 배치되며, 충진재(122)의 일측 단부는 지지부(110)의 상부면과 겐트리부(150)의 수평빔(152) 사이 공간을 통과해 상부면에 부착된 그리퍼(gripper)(112)에 의해 지지된다.
충진재(122)는 지지부(110) 상부면 소정위치에 배치된 후 아암(160)에 구비된 커터(162)에 의해 컷팅된다.
충진재(122)는 태양전지를 외부 충격으로부터 보호해주는 역할과 습기 침입 및 태양전지 전극의 부식방지 등의 역할을 하는 것으로, 투명성, 완충성, 탄성, 인장강도가 우수하고 접착력과 투과율이 우수하며 자외선에 강한 합성수지재인 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 필름이 바람직하다.
태양전지 공급부(130)와 유리판 공급부(140)는 각각 다수개의 체인벨트(135,145)가 서로 대응되게 쌍을 이루어 내부에 다수개의 태양전지 또는 유리판을 상하로 이격되게 적층 수용할 수 있는 공간을 형성하도록 구성된 것으로, 상기 지지부(110) 일측면 또는 양측면에 각각 배치된다. 다수개의 체인벨트(135,145) 각각은 일정높이로 상하로 이격되게 배치된 회동축(미도시)의 구동에 의해 회동하며, 한 쌍의 체인벨트(135a,135b ; 145a,145b)의 서로 대응하는 각 체인벨트(135a 또는 135b ; 145a 또는 145b)는 반시계방향-시계방향으로 회동함으로써 태양전지(132)나 유리판(142)을 상부로 이동시킨다.
최상부에 위치한 태양전지(132)나 유리판(142)은 겐트리부(150)의 수평빔(152)을 따라 이동하는 아암(160)에 끼움결합된 흡착판(166)에 의해 흡착되어 원하는 적층위치인 지지부(110)의 상부면의 일정위치에서 흡착판(166)으로부터 탈착 되어 안착된다.
태양전지(132)로는 실리콘 태양전지 또는 박막 태양전지 어느 것이나 무방하며, 유리판(142) 재료로는 태양광 투과율이 높으면서도 유리파손이 방지되는 저철분 강화유리가 바람직하다.
백 시트 공급부(170)는 실리콘 결정질 태양전지 모듈 제조시 필요한 것으로서, 충진재(EVA) 공급부(120)와 마찬가지로 백시트(172)가 롤 형태로 권취된 롤러(175)로 구성된다. 백 시트 공급부(170) 롤러(175)는 충진재(EVA) 공급부(120) 롤러(125) 하부에 위치하는 것이 바람직하며, 백 시트(172)의 일측 단부는 지지부(110)의 상부면과 겐트리부(150)의 수평빔(152) 사이 공간을 통과해 지지부(110) 상부면에 부착된 그리퍼(gripper)에 의해 지지된다.
백 시트 재료로는 저철분 강화유리, 일반유리, 또는 금속 등이 사용될 수 있다. 또한, 백 시트는 충진재와 마찬가지로 지지부(110) 상부면 소정위치에 배치된 후 아암(160)에 구비된 커터(162)에 의해 컷팅된다.
이와 같은 적재부(100) 시스템에 의해 태양전지 모듈 부품들이 유리판->충진재->태양전지->충진재->백 시트, 또는 유리판->충진재->태양전지, 또는 태양전지->충진재->유리판 순서대로 적층되어 형성된 라미네이팅 완료전 태양전지 모듈(이하, '라미네이팅 대상물'이라 함)은 제어부의 외부조작 또는 내장된 센서를 통해 제어되는 컨베이어벨트(미도시), 로봇(미도시), 그립수단(미도시)과 같은 이송수단에 의해 라미네이팅부(200)로 이송된다.
라미네이팅부(200)는 라미네이터(220)와 진공펌프(240)를 포함하여 구성된 것으로서, 라미네이터(220)는 도 2에 도시된 바와 같이 상부 중앙에 진공/공기구멍(224a)이 형성되고 진공/공기구멍(224a)에 연통되는 진공/압력포트(224b)를 구비한 상부커버(224), 상부커버(224) 내측 테두리에 부착결합된 고무격판(Silicon rubber diaphragm)(225), 하부 일측에 진공구멍(226a)이 형성되고 진공구멍에 연통되는 진공포트(226b)를 구비한 하부챔버(226)로 구성된다. 하부챔버(226) 내부 저면에는 히터 플래툰(heater platen)(228)이 구비된다. 히터 플래툰(228)은 히터가 내장되어 가열되거나 전기공급에 따른 전열작용에 의해 가열되는 동판으로 구성되는 것으로, 적재부(110)로부터 이송된 라미네이팅 대상물은 히터 플래툰(228)위에 셋팅된다.
진공펌프(240)는 진공/압력포트(224b) 및 진공포트(226b)에 연결되어 라미네이터(220) 내부 공기를 흡입하여 태양전지 모듈에 발생되는 기포 등을 제거한다. 또한, 콤프레서(compressor)(미도시)는 라미네이터(220) 상부커버(224)의 압력포트(224b)를 통해 압축공기를 공급하여 라미네이팅 대상물을 일정압력으로 가압하여 부품들 사이에 게재된 충진재(122)에 의해 융착시킨다.
또한, 라미네이터(220)에는 태양전지 모듈 완료후 내부 온도를 저하시킬 수 있도록 히터 플래툰(228)의 열을 냉각시키는 수냉수단(미도시)이 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 라미네이팅부(200)에는 적재부(100)로부터 라미네이터(220)까지 라미네이팅 대상물을 이송시킬 뿐만 아니라, 라미네이터(220)로부터 라미네이팅이 완료된 태양전지 모듈을 하역부(300)로 이송시키는 이송수단으로 대략 300℃ 내열성을 갖는 플루오르중합체{예를 들어, 테프론(Teflon)} 재질의 벨트(미도시)가 바람직하다.
하역부(300)는 지지부(310), 태양전지 모듈 수용부(330), 지지부(310)에 부착된 겐트리(gantry)부(350)를 포함하여 구성된다.
지지부(310)는 라미네이팅이 완료된 태양전지 모듈이 이송되는 일정높이의 사각형 몸체로서, 상부면 일측 모서리에 상부면과 수직 방향으로 일정간격으로 이격되도록 겐트리부(350)를 고정결합한다.
적재부(100)의 겐트리부(150)와 마찬가지로 하역부(300)의 겐트리부(350)는 수평빔(352)과 한 쌍의 지지대(354), 및 아암(360)으로 구성된 것으로, 수평빔(352)과 한 쌍의 지지대(354)는 다리모양으로 구성되며, 한 쌍의 지지대(354)는 지지부(310) 양 측면에 고정결합된다. 또한, 아암(360)은 수평빔(352)과 직각이 되도록 배치된 일정길이의 막대형상으로, 겐트리부(350) 상부에 수평빔(352)의 길이방향으로 이동가능하도록 결합하며, 아암(360)의 전단측에는 결합홀(364)이 형성된다.
또한, 결합홀(364)에는 지지봉(368)이 끼움결합되고 지지봉(368) 하단은 일정폭을 가진 흡착판(366)의 상부 중앙에 일체로 수직결합된다.
태양전지 모듈 수용부(330)는 다수개의 체인벨트(335)가 서로 대응되게 쌍을 이루어 내부에 다수개의 태양전지 모듈을 상하로 이격되게 적층할 수 있도록 구성된 것으로, 상기 지지부(310) 일측면 또는 양측면에 배치된다. 다수개의 체인벨트(335) 각각은 일정높이로 상하로 이격되게 배치된 회동축(미도시)의 구동에 의해 회동하며, 한 쌍의 체인벨트(335a,335b)의 서로 대응하는 각 체인벨트(335a 또는 335b)는 시계방향-반시계방향으로 회동함으로써 아암(360)에 의해 이송된 태양전지 모듈을 하부로 이동시킨다.
제어부(미도시)는 적재부(100) 및 하역부(300)의 로딩공정, 라미네이팅부(200)의 라미네이터(220) 구동공정과 라미네이터 챔버 내부의 온도, 및 이송수단을 외부에서 제어할 수 있도록 모터(미도시), 온도제어장치(미도시) 등으로 구성된다. 이때, 자동화 공정에 주로 사용되는 피엘씨(PLC) 제어장치를 사용하는 것도 바람직하다.
상술한 자동 라미네이터 시스템(10)을 이용하여 태양전지 모듈을 라미네이팅하는 공정은 태양전지 모듈의 부품들을 적재부(100)에 로딩하는 단계(S1), 적층된 태양전지 모듈 부품들을 라미네이팅하는 단계(S2), 및 라미네이팅이 완료된 태양전지 모듈을 하역부(300)에 로딩하는 단계(S3)로 구성된다.
도 3 및 도 4를 참조하여 이와 같은 공정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
<S1: 태양전지 모듈의 부품들을 적재부(100)에 로딩하는 단계>
우선, 태양전지 모듈의 부품인 충진재(122) 및/또는 백 시트(172)를 충진재 공급부(120) 및/또는 백 시트 공급부(170)의 롤러(125,175)에 권취된 롤 형태로 준비하고, 태양전지(132)와 유리판(142)은 각각 태양전지 공급부(130)와 유리판 공급부(140)의 체인벨트내 수용영역에 낱개형태로 다수개 이격되게 적층시켜 준비한다 (S0).
그런 다음, 적재부(100)의 겐트리부(150)에 결합된 아암(160)을 A지점으로 이동시킨 다음 아암(160)의 흡착판(166)으로 태양전지(132)를 흡착한다. 그리고, 아암(160)을 수평빔(152) 길이 방향으로 이동시켜 지지부(110) 상부면 중앙위치에 대응되는 B지점에 도달하면 흡착판(166)으로부터 태양전지(132)를 탈착시켜 상부면 중앙에 안착시킨다.
그런 다음, 충진재 공급부(120)의 롤러(125)를 구동시켜 충진재(122)를 지지부(110) 상부면에 미리 안착된 태양전지(132) 바로 위에 적층한 다음, 지지부(110) 상부면에 구비된 그리퍼(112)를 이용하여 지지한다. 그리고, 겐트리부(150)에 결합된 아암(160)을 수평빔(152) 길이 방향으로 이동시키면서 아암(160)의 커터(162)에 의해 충진재(122)를 컷팅한다.
마지막으로, 겐트리부(150)에 결합된 아암(160)을 C지점으로 이동시킨 다음 아암(160)의 흡착판(166)으로 유리판 공급부(140)로부터 최상부의 유리판(142)을 흡착한다. 그런 다음에 아암(160)을 수평빔(152) 길이 방향으로 이동시켜 지지부(110) 상부면 중앙위치에 대응하는 B지점에 도달하면 흡착판(166)으로부터 유리판(142)을 탈착시켜 하부의 충진재(122) 위에 적층되도록 한다.
이와 같은 과정을 거침으로써, 태양전지 모듈 부품들(라미네이팅 대상물)의 적층이 완료되어 지지부(110) 상부면에 위치된다.
상술한 태양전지 공급부(130)와 유리판 공급부(140)의 체인벨트내 최상부 수용영역의 태양전지(132)와 유리판(142)이 사용된 이후에는, 각각의 한쌍을 이루는 체인벨트(135a,135b ; 145a,145b)가 반시계방향-시계방향으로 회동하면서 태양전지(132)와 유리판(142)을 상부로 이동시킨다. 그럼으로써, 태양전지 공급부(130)와 유리판 공급부(140)의 체인벨트내 최상부에는 사용가능한 태양전지(132)와 유리판(142)이 각각 상주하게 된다.
물론, 적층 순서를 유리판->충진재->태양전지로 하여도 무방하며, 백 시트가 사용되는 경우 적층순서는 유리판->충진재->태양전지->충진재->백 시트 또는 백 시트->충진재->태양전지->충진재->유리판으로 하여도 무방하다.
지지부(110) 상부면에 적층된 태양전지 모듈 부품들(라미네이팅 대상물)은 제어부의 외부조작 또는 내장된 센서를 통해 제어되는 컨베이어벨트(미도시), 로봇(미도시), 그립수단(미도시)과 같은 이송수단에 의해 라미네이터부(200)로 이송된다.
<S2: 적층된 태양전지 모듈 부품들을 라미네이팅하는 단계>
라미네이터부(200)로 이송된 라미네이팅 대상물은 테프론 벨트와 같은 구비된 이송수단(미도시)에 의해 라미네이터(220)의 하부챔버(226)내 히터 플래툰(228) 위에 배열된다. 이때, 정밀한 셋팅 및 배열을 위해 얼라인 지그(align JIG)를 사용하여 라미네이팅 대상물을 셋팅하고 히터 플래툰(228) 중앙에 배치한 다음 지그를 분리하여 배열시켜도 무방하다.
그럼 다음, 라미네이터(220)의 상부커버(224)를 닫고, 진공펌프(240)를 작동시켜 상부커버(224)와 고무격판(225) 사이 공간을 진공상태로 만들어 고무격판(225)을 상부커버(224) 내측면에 밀착시킨다.
이때, 라미네이터(220) 챔버 내부 온도는 히터 플래툰(228)에 의해 대략 상온 ~ 200℃, 바람직하게는 대략 120℃가 적당하다. 내부 온도는 PID 온도 자동제어 장치를 사용하여 제어하며, 과열시 온도가 자동차단되도록 한다.
그런 다음, 하부챔버(226) 내부 공간도 진공펌프(240)를 작동시켜 진공상태로 만들어 태양전지 모듈에 발생되는 기포 등을 제거한다.
다음 단계로, 하부챔버(226) 내부 공간은 진공상태를 유지한 채, 라미네이터(220) 상부커버(224)의 압력포트(224b)를 통해 압축공기를 공급한다. 공급된 압축공기에 의해 고무격판(225)은 팽창되고 고무격판의 팽창압력에 의해 라미네이팅 대상물은 일정압력으로 가압된다. 이와 같은 가압력 및 히터 플래툰(228)의 가열온도, 및 적층된 태양전지 모듈 부품들 사이에 게재된 충진재(122)에 의해 라미네이팅 대상물은 융착된다.
이때, 압축공기에 의한 압력 발생면적을 최대한으로 넓히고 고무격판(225)의 하부팽창압력이 라미네이팅 대상물 각 부위에서 일정하도록 하기 위해서, 상부커버(224)의 내측면에 공기구멍(224a)과 연통되는 진공유로(224c)를 분포형성하는 것이 바람직하다.
그런 다음, 공급된 압축공기를 배출시켜 상부커버(224)와 고무격판(225) 사이 공간을 진공상태로 만들고, 하부챔버(226) 내부에는 에어를 소통시켜 진공상태를 제거한다. 이때 팽창되었던 고무격판(225)은 원래 상태로 피드백하고, 라미네이터(220) 내부 온도는 대략 80℃로 하강한다.
그런 다음, 상부커버(224)와 고무격판(225) 사이 공간에 에어를 소통시켜 진공상태를 제거하고, 대략 1분간 라미네이터(220)의 하부챔버(226) 내부 및 히터 플래툰(228)의 열을 냉각시키는 수냉작업을 수행하여 온도를 대략 50 ~ 80℃로 하강 시킨다.
공정작업이 완료되면, 라미네이터(220)의 상부커버(224)를 개방한다.
라미네이팅이 완료된 태양전지 모듈은 제어부의 외부조작 또는 내장된 센서를 통해 제어되는 테프론 벨트, 컨베이어벨트, 로봇, 그립수단과 같은 이송수단(미도시)에 의해 하역부(300)로 이송된다.
<S3: 라미네이팅이 완료된 태양전지 모듈을 하역부(300)에 로딩하는 단계>
상술한 이송수단에 의해 하역부(300)로 이송된 라미네이팅이 완료된 태양전지 모듈은 테프론 벨트 등 구비된 별도의 이송수단에 의해 지지부(310) 상부면 중앙위치까지 이송된다.
지지부(310) 상부면으로 태양전지 모듈(332)이 이송되면, 아암(366)을 겐트리부(350)의 수평빔(352)을 따라 중앙 위치까지 이동시키고, 아암(360)의 흡착판(366)에 의해 완료된 태양전지 모듈(332)을 흡착한다. 그런 다음, 아암(366)을 수평빔(352) 길이 방향으로 이동시켜 지지부(310) 측면에 배치되어 있는 태양전지 모듈 수용부(330)에 도달하면 흡착판(366)으로부터 태양전지 모듈을 탈착시키면 태양전지 모듈 수용부(330) 체인벨트내 수용영역내에 낱개형태로 이격되게 적층된다.
태양전지 모듈 수용부(330) 최상부 수용영역내에 태양전지 모듈이 안착되면, 한쌍을 이루는 체인벨트(335a,335b)가 시계방향-반시계방향으로 회동하면서 태양전지 모듈을 하부로 이동시킨다. 그럼으로써, 태양전지 모듈 수용부(320)의 최상부에는 수용가능한 빈 공간영역이 연속해서 생기게 된다.
상기 자동 라미네이터 시스템을 이용한 태양전지 모듈 제조공정은 각 제조공 정에서 소요되는 시간을 기준으로 하여 연속적으로 행해 질 수 있다.
본 발명에서는 박막 태양전지를 기준으로 하여 기술하였으나, 태양전지 종류에 관계없이 본 발명에 따른 자동 라미네이터 시스템 및 라미네이팅 방법을 사용하여 태양전지 모듈을 제조할 수 있음은 물론이다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정이나 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 범위 내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함함은 물론이다.
도 1은 본 발명에 따른 자동 라미네이터 시스템의 개략도,
도 2의 (a)~(d)는 본 발명에 따른 자동 라미네이터 시스템의 라미네이팅부에서 태양전지 모듈 공정을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 자동 라미네이터 시스템을 이용하여 태양전지 모듈 제조 전 공정을 나타내는 순서도,
도 4는 본 발명에 따른 자동 라미네이터 시스템 중 라미네이팅부에서의 태양전지 모듈 제조공정을 나타내는 순서도
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
10: 자동 라미네이터 시스템 100: 적재부
110,310: 지지부 112: 그리퍼
120: 충진재 공급부 122: 충진재
125,175: 롤러 130: 태양전지 공급부
132: 태양전지 140: 유리판 공급부
135(135a,135b),145(145a,145b),335(335a,335b): 체인벨트
142: 유리판 150: 겐트리부
152: 수평빔 154: 한쌍의 지지대
160,360: 아암 162: 커터
166,366: 흡착판 168,368: 지지봉
200: 라미네이팅부 220: 라미네이터
224: 상부커버 225: 고무격판
226: 하부챔버 228: 히터 플래툰
240: 진공펌프 300: 하역부
330: 태양전지 모듈 수용부
Claims (12)
- 태양전지 모듈을 제조하는 라미네이팅 장치에 있어서,평평한 상부면을 구비한 지지부, 상기 지지부에 부착된 겐트리부, 상기 지지부의 측면에 배치되는 충진재 공급부, 태양전지 공급부 및 유리판 공급부로 구성된 적재부;상기 적재부의 지지부와 이송수단으로 연계되며, 라미네이터와 진공펌프로 구성된 라미네이팅부;상기 라미네이팅부의 라미네이터와 이송수단으로 연계되며, 평평한 상부면을 구비한 지지부, 상기 지지부에 부착된 겐트리부 및 태양전지 모듈 수용부로 구성된 하역부; 및상기 적재부, 상기 라미네이팅부 및 상기 하역부의 구동 및 상기 라미네이터 내부의 온도를 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동 라미네이터 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적재부의상기 지지부는 평평한 상부면을 구비한 몸체로서, 상부면에 다수개의 그리퍼가 구비되며,상기 겐트리부는 상기 지지부 상부면과 이격되게 상기 지지부의 양 측면에 고정결합되는 수평빔과 한 쌍의 지지대, 및 아암으로 구성되고, 상기 아암은 상기 수평빔과 직각이 되도록 배치된 막대형상으로, 상기 겐트리부 상부에 상기 수평빔의 길이방향으로 이동가능하도록 결합하며, 상기 아암의 중간 일정위치에는 커터가 형성되고 전단측에는 흡착판이 결합되며,상기 충진재 공급부는 충진재가 롤 형태로 권취된 롤러로서 상기 지지부의 일측면에 배치되며, 상기 충진재의 일측 단부는 상기 지지부의 상부면과 상기 겐트리부의 수평빔 사이 공간을 통과해 상기 지지부 상부면 일정위치에서 상기 그리퍼에 의해 지지되며,상기 태양전지 공급부와 상기 유리판 공급부는 각각 다수개의 체인벨트가 서로 대응되게 쌍을 이루어 내부에 다수개의 태양전지 또는 유리판을 상하로 이격되게 적층 수용할 수 있도록 공간영역이 형성된 구조로서, 상기 지지부의 양측면에 각각 배치되도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동 라미네이터 시스템.
- 제 2 항에 있어서,상기 지지부 상부면 일정위치에 배치된 상기 충진재는 상기 아암에 구비된 커터에 의해 일정크기로 컷팅되는 것을 특징으로 하는 자동 라미네이터 시스템.
- 제 2 항에 있어서,상기 태양전지 공급부와 상기 유리판 공급부의 다수개의 체인벨트 각각은 상하로 이격되게 배치된 회동축의 구동에 의해 회동하며, 한 쌍의 체인벨트의 서로 대응하는 체인벨트가 반시계방향-시계방향으로 회동함으로써 상기 태양전지 또는 상기 유리판을 상부로 이동시키는 것을 특징으로 하는 자동 라미네이터 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 적재부는 백 시트 공급부를 더 포함하며,상기 백시트 공급부는 백시트가 롤 형태로 권취된 롤러로서, 상기 충진재 공급부의 롤러 하부에 위치하며, 상기 백시트의 일측 단부는 상기 지지부의 상부면과 상기 겐트리부의 수평빔 사이 공간을 통과해 상기 지지부 상부면 일정위치에서 상기 그리퍼에 의해 지지되고, 상기 지지부 상부면 일정위치에 배치된 상기 백시트는 상기 아암에 구비된 커터에 의해 일정크기로 컷팅되는 것을 특징으로 하는 자동 라미네이터 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 라미네이팅부의상기 라미네이터는 상부 중앙에 진공/공기구멍이 형성되고 상기 진공/공기구멍에 연통되는 진공/압력포트를 구비한 상부커버, 상기 상부커버 내측 테두리에 부착결합된 고무격판, 하부 일측에 진공구멍이 형성되고 상기 진공구멍에 연통되는 진공포트를 구비하며 내부 저면에는 히터 플래툰이 구비된 하부챔버로 구성되며,상기 진공펌프는 상기 진공/압력포트 및 상기 진공포트에 연결되어 라미네이터 내부 공기를 흡입하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동 라미네이터 시스템.
- 제 6 항에 있어서, 상기 라미네이팅부는상기 라미네이터 상부커버의 상기 진공/압력포트를 통해 압축공기를 공급하는 콤프레서를 더 포함하여, 상기 하부챔버 내의 라미네이팅 대상물을 일정압력으로 가압하여 융착시키는 것을 특징으로 하는 자동 라미네이터 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 하역부의상기 지지부는 평평한 상부면을 구비한 몸체로서, 상기 라미네이터와 이송수단으로 연계되며,상기 겐트리부는 상기 지지부 상부면과 이격되게 상기 지지부의 양 측면에 고정결합되는 수평빔과 한 쌍의 지지대, 및 아암으로 구성되고, 상기 아암은 상기 수평빔과 직각이 되도록 배치된 막대형상으로, 상기 겐트리부 상부에 상기 수평빔의 길이방향으로 이동가능하도록 결합하며, 상기 아암의 전단측에는 흡착판이 결합되고,상기 태양전지 모듈 수용부는 다수개의 체인벨트가 서로 대응되게 쌍을 이루어 내부에 다수개의 태양전지 모듈을 상하로 이격되게 적층할 수 있도록 공간영역이 형성된 구조로서, 상기 지지부 일측면 또는 양측면에 배치되도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동 라미네이터 시스템.
- 제 8 항에 있어서,상기 태양전지 모듈 수용부의 다수개의 체인벨트 각각은 상하로 이격되게 배치된 회동축의 구동에 의해 회동하며, 한 쌍의 체인벨트의 서로 대응하는 체인벨트 가 시계방향-반시계방향으로 회동함으로써 상기 태양전지 모듈을 하부로 이동시키는 것을 특징으로 하는 자동 라미네이터 시스템.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 자동 라미네이터 시스템내에 태양전지 모듈의 부품인 충진재를 충진재 공급부의 롤러에 권취된 롤 형태로 준비하고, 태양전지와 유리판은 각각 태양전지 공급부와 유리판 공급부의 체인벨트내 수용영역에 낱개형태로 다수개 이격되게 적층시켜 준비하는 단계(S0);상기 적재부의 겐트리부에 결합된 아암의 흡착판으로 상기 태양전지 공급부로부터 태양전지를 흡착하여 상기 지지부 상부면 중앙위치에 이동시켜 안착시키고,상기 충진재 공급부의 롤러를 구동시켜 충진재를 상기 지지부 상부면에 구비된 상기 태양전지 바로 위에 적층한 다음, 그리퍼를 이용하여 지지하고, 상기 겐트리부에 결합된 상기 아암을 수평빔 길이 방향으로 이동시키면서 상기 아암의 커터에 의해 충진재를 컷팅하고,상기 적재부의 겐트리부에 결합된 아암의 흡착판으로 상기 유리판 공급부로부터 유리판을 흡착하여 상기 지지부 상부면 중앙위치에 구비된 충진재 위에 적층하여 적층된 라미네이팅 대상물을 적재부에 로딩하는 단계(S1);상기 지지부 상부면에 적층된 라미네이팅 대상물을 이송수단에 의해 라미네이터부로 이송하여 라미네이터 내에서 라미네이팅 하는 단계(S2);상기 S2단계에서 라미네이팅이 완료되어 생성된 태양전지 모듈을 이송수단에 의해 하역부의 지지부로 이송하여 지지부 상부면 중앙위치에 배치하고,상기 하역부의 겐트리부에 결합된 아암의 흡착판으로 상기 태양전지 모듈을 흡착하여 상기 지지부 일측에 구비된 태양전지 모듈 수용부의 최상부 수용영역내에 안착하는 단계(S3);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동 라미네이터 시스템을 이용한 태양전지 모듈 라미네이팅 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 적층된 라미네이팅 대상물을 적재부에 로딩하는 단계(S1)는상기 태양전지 공급부와 상기 유리판 공급부의 최상부 수용영역내의 태양전지 또는 유리판이 사용되면, 한쌍을 이루는 체인벨트가 반시계방향-시계방향으로 회동하면서 태양전지 또는 유리판을 상부로 이동시키는 단계를 더 포함하며,상기 태양전지 모듈을 상기 태양전지 모듈 수용부 내에 안착하는 단계(S3)는상기 태양전지 모듈 수용부 최상부 수용영역내에 상기 태양전지 모듈이 안착되면, 한쌍을 이루는 체인벨트가 시계방향-반시계방향으로 회동하면서 태양전지 모듈을 하부로 이동시키는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동 라미네이터 시스템을 이용한 태양전지 모듈 라미네이팅 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 라미네이팅 하는 단계(S2)는상기 라미네이터부로 이송된 라미네이팅 대상물을 이송수단에 의해 라미네이터의 하부챔버 내부의 히터 플래툰 위에 배열하는 단계;상기 라미네이터의 상부커버를 닫은 다음, 진공펌프를 작동시켜 상부커버와 고무격판 사이 공간을 진공상태로 만들어 상기 고무격판이 상기 상부커버 내측면에 밀착되도록 하는 단계;,상기 하부챔버 내부 공간도 상기 진공펌프를 작동시켜 진공상태로 만들어 태양전지 모듈에 발생되는 기포를 제거하는 단계;상기 하부챔버 내부 공간은 진공상태를 유지한 채, 상기 라미네이터 상부커버의 압력포트를 통해 압축공기를 공급하며, 공급된 압축공기에 의한 상기 고무격판에 작용되는 팽창압력에 의해 상기 라미네이팅 대상물을 일정압력으로 가압시켜 융착시키는 단계;상기 상부커버와 상기 고무격판 사이 공간의 압축공기를 배출시켜 진공상태로 만들고, 상기 하부챔버 내부에는 에어를 소통시켜 진공상태를 제거함으로써, 고무격판을 원상태로 피드백하는 단계; 및상기 상부커버와 고무격판 사이 공간에 에어를 소통시켜 진공상태를 제거한 다음, 상기 라미네이터의 하부챔버 내부 및 히터 플래툰의 열을 냉각시키는 수냉작업을 완료한 후 상기 라미네이터의 상부커버를 개방하는 단계;가 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 라미네이터 시스템을 이용한 태양전지 모듈 라미네이팅 방법.
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